特開 2022-161159 振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022161159

(43)【公開日】2022-10-21

(54)【発明の名称】振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   F03G 7/06 20060101AFI20221014BHJP

   B06B 1/02 20060101ALI20221014BHJP

   H02N 11/00 20060101ALI20221014BHJP

   G06F 3/01 20060101ALI20221014BHJP

【ＦＩ】

F03G7/06 E

B06B1/02 Z

H02N11/00 Z

F03G7/06 F

G06F3/01 560

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065757

(22)【出願日】2021-04-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001225

【氏名又は名称】日本電産コパル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002066

【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮原 伸也

【テーマコード（参考）】

5D107

5E555

【Ｆターム（参考）】

5D107AA02

5D107AA06

5D107BB08

5D107CC10

5D107CC12

5D107CD08

5E555AA08

5E555BA04

5E555BA22

5E555BB04

5E555BB22

5E555DA24

5E555FA00

(57)【要約】

【課題】様々な種類の振動を発生させることが可能な振動デバイスを実現する。
【解決手段】振動デバイス１Ａは、円形の第１板部材１０と、第１板部材１０の径内に配置される円形の第２板部材２０と、第２板部材２０の径内に配置される円形の第３板部材３０と、形状記憶合金によって形成され、第１板部材１０と第２板部材２０とを接続する複数の接続部材４０ａを含む第１接続部材群４０と、形状記憶合金によって形成され、第２板部材２０と第３板部材３０とを接続する複数の接続部材５０ａを含む第２接続部材群５０と、を有し、第１接続部材群４０に属する接続部材４０ａと第２接続部材群５０に属する接続部材５０ａとに独立して通電が可能である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円形の第１板部材と、
前記第１板部材の径内に配置される円形の第２板部材と、
前記第２板部材の径内に配置される円形の第３板部材と、
形状記憶合金によって形成され、前記第１板部材と前記第２板部材とを接続する複数の接続部材を含む第１接続部材群と、
形状記憶合金によって形成され、前記第２板部材と前記第３板部材とを接続する複数の接続部材を含む第２接続部材群と、を有し、
前記第１接続部材群に属する前記接続部材と前記第２接続部材群に属する前記接続部材とに独立して通電が可能である、振動デバイス。

【請求項2】

少なくとも前記第１板部材及び前記第２板部材は円環形状を有し、
前記第１板部材，第２板部材及び第３板部材の中心は同軸上にあり、
前記第２板部材の外径は前記第１板部材の内径よりも小さく、第３板部材の直径は前記第２板部材の内径よりも小さい、請求項１に記載の振動デバイス。

【請求項3】

それぞれの前記接続部材は、螺旋状に巻かれた形状記憶合金の線材からなり、ばね弾性を備える、請求項１又は２に記載の振動デバイス。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の振動デバイスを有する、電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

今日、振動を発生させるデバイスが様々な機器に搭載されている。例えば、携帯電話には、着信を知らせるための振動を発生させる振動デバイスが搭載されている。また、ゲーム機器には、遊戯性を高めるための振動を発生させる振動デバイスが搭載されている。このような振動デバイスの１つであるアクチュエータが特許文献１に記載されている。

【0003】

特許文献１に記載されているアクチュエータは、複数個の形状記憶合金が配置された固定板と、前記形状記憶合金によって前記固定板に吊られた振動板と、を有する。このアクチュエータが有する前記振動板は、前記形状記憶合金の振動を受けて振動する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－５２５８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

振動デバイスには、発生させる振動の強度を高めること（強くすること）に加えて、発生させる振動の種類を増やすことも求められている。

【0006】

本発明の目的は、様々な種類の振動を発生させることができる振動デバイスを実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一実施形態に係る振動デバイスは、円形の第１板部材と、前記第１板部材の径内に配置される円形の第２板部材と、前記第２板部材の径内に配置される円形の第３板部材と、形状記憶合金によって形成され、前記第１板部材と前記第２板部材とを接続する複数の接続部材を含む第１接続部材群と、形状記憶合金によって形成され、前記第２板部材と前記第３板部材とを接続する複数の接続部材を含む第２接続部材群と、を有し、前記第１接続部材群に属する前記接続部材と前記第２接続部材群に属する前記接続部材とに独立して通電が可能である。

【0008】

他の一実施形態に係る振動デバイスでは、少なくとも前記第１板部材及び前記第２板部材は円環形状を有する。また、前記第１板部材，第２板部材及び第３板部材の中心は同軸上にある。さらに、前記第２板部材の外径は前記第１板部材の内径よりも小さく、前記第３板部材の直径は前記第２板部材の内径よりも小さい。

【0009】

他の一実施形態に係る振動デバイスでは、それぞれの前記接続部材は、螺旋状に巻かれた形状記憶合金の線材からなり、ばね弾性を備えている。

【0010】

一実施形態に係る電子機器は、前記振動デバイスのいずれかを有する。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、様々な種類の振動を発生させることができる振動デバイスが実現される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】振動デバイスの斜視図である。

【図2】振動デバイスの平面図である。

【図3】振動デバイスの底面図である。

【図4】完全伸長状態の振動デバイスの正面図である。

【図5】第１収縮状態の振動デバイスの正面図である。

【図6】第２収縮状態の振動デバイスの正面図である。

【図7】完全収縮状態の振動デバイスの正面図である。

【図8】振動デバイスの変形例を示す斜視図である。

【図9】図８に示される振動デバイスの他の斜視図である。

【図10】振動デバイスの他の変形例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、実施形態を説明するための全ての図面において、同一の構成や要素には同一の符号を用い、原則として再度の説明は行わない。

【0014】

＜全体構成＞
図１は、本実施形態に係る振動デバイス１Ａの斜視図であり、図２は平面図であり、図３は底面図である。

【0015】

振動デバイス１Ａは、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０を有する。第１板部材１０と第２板部材２０とは、複数の接続部材４０ａを含む第１接続部材群４０によって互いに接続されている。また、第２板部材２０と第３板部材３０とは、複数の接続部材５０ａを含む第２接続部材群５０によって互いに接続されている。別の見方をすると、第１接続部材群４０は、第１板部材１０と第２板部材２０との間に介在する下段（下側）の接続部材群である。また、第２接続部材群５０は、第２板部材２０と第３板部材３０との間に介在する上段（上側）の接続部材群である。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。

【0016】

第１板部材１０，第２板部材２０，第３板部材３０は、第１接続部材群４０に属する接続部材４０ａや第２接続部材群５０に属する接続部材５０ａの形状変化に伴って相対移動する。そして、第１板部材１０，第２板部材２０，第３板部材３０が相対移動することにより、振動が発生する。

【0017】

＜板部材＞
第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０は、円形である。より特定的には、第１板部材１０及び第２板部材２０は円環形状を有し、第３板部材３０は円盤形状を有する。

【0018】

第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０は、円形である点で共通しているが、大きさ（径）は互いに異なる。具体的には、図２に示されるように、第２板部材２０の外径Ｄ２ａは、第１板部材１０の内径Ｄ１ｂよりも小さい。また、第３板部材３０の直径Ｄ３は、第２板部材２０の内径Ｄ２ｂよりも小さい。要するに、第２板部材２０は第１板部材１０よりも小さく、第３板部材３０は第２板部材２０よりも小さい。別の見方をすると、第１板部材１０は、３つの板部材の中で最大の板部材であり、その外径Ｄ１ａは、振動デバイス１Ａの直径に相当する。尚、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０の厚みは同一である。

【0019】

上記のような大小関係を有する第１板部材１０、第２板部材２０及び第３板部材３０の中心は、共通の仮想直線上にある。言い換えれば、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０の中心は、同軸上にある。この結果、第２板部材２０は第１板部材１０の径内に配置され、第３板部材３０は第２板部材２０の径内に配置されている。より特定的には、第２板部材２０は第１板部材１０の内周の内側に配置され、第３板部材３０は第２板部材２０の内周の内側に配置されている。

【0020】

＜接続部材＞
それぞれの接続部材４０ａ，５０ａは、形状記憶合金によって線材又は帯状に形成されている。第１接続部材群４０には４本の接続部材４０ａが含まれており、第２接続部材群５０には４本の接続部材５０ａが含まれている。

【0021】

第１接続部材群４０に属する４本の接続部材４０ａは、板部材の周方向に沿って等間隔（９０度間隔）で配置されている。第２接続部材群５０に属する４本の接続部材５０ａも、板部材の周方向に沿って等間隔（９０度間隔）で配置されている。もっとも、第１接続部材群４０に属する接続部材４０ａと第２接続部材群５０に属する接続部材５０ａとは、板部材の周方向に４５度ずれている。例えば、図３に示されている第１板部材１０の表面（下面）を時計の文字盤に見立てた場合、第１接続部材群４０に属する４本の接続部材４０ａは、０時の位置，３時の位置，６時の位置，９時の位置にそれぞれ配置されている。一方、第２接続部材群５０に属する４本の接続部材５０ａは、０時と３時の中間の位置，３時と６時の中間の位置，６時と９時の中間の位置，９時と０時（１２時）の中間の位置にそれぞれ配置されている。

【0022】

それぞれの接続部材４０ａの一端（下端）は、第１板部材１０の上面に接続されており（図２）、それぞれの接続部材４０ａの他端（上端）は、第２板部材２０の下面に接続されている（図３）。また、それぞれの接続部材５０ａの一端（下端）は、第２板部材２０の上面に接続されており（図２）、それぞれの接続部材５０ａの他端（上端）は、第３板部材３０の下面に接続されている（図３）。

【0023】

別の見方をすると、第２板部材２０は、４本の接続部材４０ａによって第１板部材１０に吊られている。また、第３板部材３０は、４本の接続部材５０ａによって第２板部材２０に吊られている。

【0024】

接続部材４０ａ，５０ａを形成している形状記憶合金は、Ni-Ti系の合金である。接続部材４０ａ，５０ａに通電すると、ジュール熱による加熱（抵抗加熱）によって接続部材４０ａ，５０ａの温度が上昇する。一方、接続部材４０ａ，５０ａに対する通電を停止すると、放熱によって接続部材４０ａ，５０ａの温度が低下する。形状記憶合金によって形成されている接続部材４０ａ，５０ａは、温度が所定温度（変態点）を上回ると、収縮して記憶形状に戻る。一方、形状記憶合金によって形成されている接続部材４０ａ，５０ａは、温度が所定温度（変態点）を下回ると、弛緩して伸長する。

【0025】

＜動 作＞
図１～図３に示されている振動デバイス１Ａを作動させるときには、第１接続部材群４０と第２接続部材群５０とのいずれか一方又は双方に通電する。より具体的には、第１接続部材群４０に属する接続部材４０ａと第２接続部材群５０に属する接続部材５０ａとのいずれか一方又は双方に通電する。既述のとおり、通電によって接続部材４０ａ，５０ａの温度が上昇すると、これら接続部材４０ａ，５０ａは、収縮して記憶形状に戻る。一方、通電停止によって接続部材４０ａ，５０ａの温度が低下すると、これら接続部材４０ａ，５０ａは、弛緩して伸長する。

【0026】

図４には、全ての接続部材４０ａ，５０ａが伸長しているときの振動デバイス１Ａの状態が示されている。図５には、接続部材４０ａは収縮している一方、接続部材５０ａは伸長しているときの振動デバイス１Ａの状態が示されている。図６には、接続部材４０ａは伸長している一方、接続部材５０ａは収縮しているときの振動デバイス１Ａの状態が示されている。図７には、全ての接続部材４０ａ，５０ａが収縮しているときの振動デバイス１Ａの状態が示されている。

【0027】

以下の説明では、図４に示されている振動デバイス１Ａの状態を“完全伸長状態”と呼ぶ場合がある。また、図５に示されている振動デバイス１Ａの状態を“第１収縮状態”と呼び、図６に示されている振動デバイス１Ａの状態を“第２収縮状態”と呼び、図７に示されている振動デバイス１Ａの状態を“完全収縮状態”と呼ぶ場合がある。

【0028】

図示は省略するが、第１板部材１０、第２板部材２０及び第３板部材３０には、第１接続部材群４０や第２接続部材群５０と電気的に接続された配線が設けられており、この配線により、第１接続部材群４０や第２接続部材群５０に対する通電を可能とする回路が構成されている。つまり、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０は、回路基板でもある。

【0029】

第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０に設けられている回路は、第１接続部材群４０に属する接続部材４０ａと第２接続部材群５０に属する接続部材５０ａとに独立して通電できるように構成されている。さらに、この回路は、第１接続部材群４０に属する４本の接続部材４０ａに同時に通電可能であり、かつ、第２接続部材群５０に属する４本の接続部材５０ａに同時に通電可能に構成されている。

【0030】

したがって、振動デバイス１Ａを完全伸長状態，第１収縮状態，第２収縮状態又は完全収縮状態のいずれかに任意に変態させることができ、変態の順序に制限はない。例えば、完全伸長状態，第１収縮状態，第２収縮状態，完全収縮状態の順で振動デバイス１Ａを次第に変態させることも可能であり、完全伸長状態から完全収縮状態へ一気に変態させることもできる。また、完全伸長状態から第１収縮状態や第２収縮状態に変態させた後、完全収縮状態に変態させることなく、完全伸長状態に変態させる（戻す）こともできる。

【0031】

別の見方をすると、第２板部材２０及び第３板部材３０を様々な態様で動かすことができる。具体的には、第２板部材２０及び第３板部材３０を異なるタイミングで動かしたり、同じタイミングで動かしたりすることができる。例えば、第１接続部材群４０及び第２接続部材群５０に印加するパルス電圧の周波数や振幅などを調整することにより、第２板部材２０及び第３板部材３０を様々なタイミングで動かすことができる。この結果、振動デバイス１Ａは、様々な種類の振動を発生させることができる。

【0032】

既述のとおり、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０の中心は、同軸上にある。また、第２板部材２０は第１板部材１０の内周の内側に配置され、第３板部材３０は第２板部材２０の内周の内側に配置されている。さらに、第１板部材１０，第２板部材２０及び第３板部材３０の厚みは同一である。この結果、振動デバイス１Ａが完全伸長状態になると、第２板部材２０及び第３板部材３０は、第１板部材１０の厚み内に収まる（図４参照）。つまり、完全伸長状態の振動デバイス１Ａの高さは、第１板部材１０の厚みと略同一である。

【0033】

また、振動デバイス１Ａは、永久磁石や電磁石などの磁力を帯びる部品を用いずに振動を発生させる。よって、振動デバイス１Ａを機器に搭載するに際に磁力の影響を考慮する必要がない。このため、振動デバイス１Ａが搭載される機器（特に、磁力の影響を受けやすい精密機器）の設計の自由度を高めることができる。

【0034】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、第２板部材２０や第３板部材３０を第１板部材１０に向けて常時付勢する付勢部材を追加してもよい。この場合、接続部材４０ａや接続部材５０ａが弛緩して伸長した際に、第２板部材２０や第３板部材３０を付勢部材の付勢により素早く動かすことができる。もっとも、付勢部材が第２板部材２０や第３板部材３０に及ぼす力（付勢力）は、収縮する接続部材４０ａや接続部材５０ａが第２板部材２０や第３板部材３０に及ぼす力（押圧力）よりも小さい必要がある。

【0035】

また、図１～図３に示されている接続部材４０ａ，５０ａは、図８，図９に示されている接続部材４０ｂ，５０ｂに置換することができる。図８，図９に示されている接続部材４０ｂ，５０ｂは、螺旋状に巻かれた形状記憶合金の線材からなり、ばね弾性を備えている。つまり、接続部材４０ｂ，５０ｂは、形状記憶合金からなるコイルばねである。よって、接続部材４０ｂ，５０ｂの弾性力（ばね定数）を調整することにより、板部材を素早く動かしたり、板部材の支持をより安定させたりすることができる。

【0036】

尚、図８に示されている接続部材４０ｂ，５０ｂは収縮しており、図９に示されている接続部材４０ｂ，５０ｂは弛緩している。また、第３板部材３０には、当該第３板部材３０と一体的に移動する振動子３１が搭載されているが、振動子３１は省略してもよい。

【0037】

接続部材４０ａ，５０ａや接続部材４０ｂ，５０ｂの数，形状，配置などは特に制限されない。もっとも、板部材の支持を安定させるためには、３つ以上の接続部材４０ａ，５０ａや接続部材４０ｂ，５０ｂを設けることが好ましい。また、等間隔で複数の接続部材４０ａ，５０ａや接続部材４０ｂ，５０ｂを配置することが好ましい。

【0038】

図１０に示されるように、接続部材４０ｂや接続部材５０ｂと電気的に接続された配線が形成されている基板６０を板部材に積層してもよい。板部材が回路基板としても機能する上記実施形態には、部品点数が削減される等の利点がある。一方、板部材と回路基板とが別々である実施形態には、回路設計の自由度が向上したり、回路設計の変更が容易になったりする等の利点がある。

【0039】

図１０に示されている実施形態では、第１板部材１０の下面に積層されている基板６０上の配線と第２板部材２０の上面に積層されている基板６０上の配線とにより、接続部材４０ｂに通電するための回路が構成されている。また、第２板部材２０の下面に積層されている基板６０上の配線と第３板部材３０の上面に積層されている基板６０上の配線とにより、接続部材５０ｂに通電するための回路が構成されている。尚、図７に示されている各板部材にも基板６０と同一又は実質的に同一の基板を積層することができる。

【0040】

本発明が適用された振動デバイスの用途は特に限定されない。本発明が適用された振動デバイスは、例えば、携帯型情報端末，家電用リモコン，照明スイッチ，眼鏡型告知フレーム，ウェアラブル端末，インシュリンポンプのような携帯型の精密機器などの電子機器に搭載することができる。また、本発明が適用された振動デバイスをポンプに応用することも考えられる。例えば、上記実施形態に係る振動デバイス１Ａをダイヤフラムポンプのダイヤフラムに適用することが考えられる。尚、本発明が適用された振動デバイスを何らかの機器に搭載する際には、PETフィルム等の樹脂フィルムで全体を覆うことにより、防塵性や防水性を高めることが好ましい。

【符号の説明】

【0041】

１Ａ：振動デバイス、１０：第１板部材、２０：第２板部材、３０：第３板部材
３１ 振動子、４０：第１接続部材群、４０ａ，４０ｂ：接続部材、５０：第２接続部材群、５０ａ，５０ｂ：接続部材、６０：基板、Ｄ１ａ，Ｄ２ａ：外径、
Ｄ１ｂ，Ｄ２ｂ：内径、Ｄ３：直径

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】